En el presente texto se realiza un estudio y validación utilizando mecáni- ca de fluidos computacional del nuevo concepto de aerogenerador propuesto por la empresa española Vortex Bladeless utilizando el software OpenFOAM. En colaboración con ellos, buscamos reproducir la mecánica de un ensa- yo en un túnel de viento de un prototipo mediante una simulación. Hasta el momento no se ha realizado ninguna de forma correcta sobre el dispositivo. El problema tiene tres aspectos clave: no es estacionario, la malla debe ser dinámica y la turbulencia toma un papel fundamental. Por ello, desarro- llaremos el estudio por etapas. En primer lugar, una etapa bidimensional estática con cilindros para familiarizarnos con el programa y el fenómeno físico. En segundo lugar, una etapa bidimensional dinámica para implementar correctamente el movimien- to de la malla en OpenFOAM y entender el problema oscilatorio. Para ambas etapas se han realizado simulaciones y los resultados han sido contrastados con los disponibles en la literatura. En una tercera etapa, se ha procedido a demostrar la viabilidad del estudio del Vortex con OpenFOAM realizando para ello simulaciones tridimensionales utilizando una geometría simplifica- da del dispositivo. A diferencia de las simulaciones bidimensionales, el coste computacional de estas excede las capacidades de cálculo de un ordenador personal. A pesar de ello, se ha podido acceder a un superordenador, que ha permitido validarlas. En este trabajo nos limitaremos a números de Reynolds bajos. Para números de Reynolds elevados, es necesario emplear modelos de turbulencia. Tal estudio queda fuera del alcance de este documento y se propone como trabajo futuro. La simulación del dispositivo es totalmente funcional en régimen laminar así como el modelo para la varilla elástica utilizado. Finalmente, se proponen algunas estrategias para incorporar modelos de turbulencia necesarios para el estudio del dispositivo en regímenes de funcionamiento de interés práctico.

In this work, we present a numerical simulation of the flow about Vortex, a new concept of wind turbine proposed by the Spanish start-up Vortex Bladeless, using the open source CFD software OpenFOAM. At present, the numerical simulation of this type of flow remains a challenging task: the geometry of Vortex evolves with time, the flow is unsteady, and in the flow regime of practical interest the flow is turbulent. Therefore, we face the pro- blem gradually. Firstly, numerical simulations of flow around two-dimensional cylinders are presented. We consider steady and unsteady flow around a fixed cylinder. Then, the flow around spring-mounted cylinders is investigated using the dynamic-meshes capabilities as implemented in OpenFOAM. This stage has been carried out and the results agree with those found in the literature. Secondly, three-dimensional simulations of a simplified dynamical model of Vortex are presented. Unlike two-dimensional simulations, three-dimensional computational costs exceed the personal computer calculation capabilities. However, in the final stages of the project, university’s supercomputer has been used for validate the proposed methodology. Even though the device operates in turbulent flow, we have focused on the laminar regime. The choi- ce of turbulence models deserves attention as a separate problem and is left as future work. Finally, we discuss our findings and propose future proposals. Laminar simulation of the final Vortex is fully functional as well as the springs model for the carbon fiber bar. Finally, some turbulence modeling strategies are discussed to set up in the problem with high Reynolds numbers for the interest of practical cases.

Colaboración con la empresa Vortex Bladeless